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建筑与小区绿地土壤特性和微地形给与降雨产流的作用探析

日期:2020-09-25 21:18 作者:上海论文网 编辑:若诗 点击次数:55
销售价格:150 论文编号:el2020092101401120875 论文字数:3528 所属栏目:环境工程论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis

本文是环境工程论文,通过绿地微地形对降雨产流的影响试验,研究发现:相同降雨条件下,洼地对产流时间、下渗量、径流系数和产流量峰值点存在正相关关系和提前效应,而坡度则刚好相反;当叠加坡度和洼地两种反向作用时,均匀雨型下坡度影响较为突出

只有在洼地数量较多时,产流量峰值点才会延后,而芝加哥雨型下则表现为洼地影响更突出;相同重现期和地形条件下,芝加哥雨型的径流系数和产流时间比均匀雨型时略大。此外,基于水量平衡模型,探究重现期、坡度和洼地体积对整个产流过程中各部分的动态流量变化情况和径流系数(瞬时流量径流系数、雨量径流系数)表及其影响因素,建立径流系数与影响因素(坡度、洼地体积和降雨量)之间的函数关系,可为科学评估条状微地形绿地的产流过程和径流系数取值提供理论参考。

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第1章绪论

 

北京市目前的雨水管(渠)设计中,主要采用推理公式法(式1-2)计算雨水的设计流量,在径流系数通常根据《雨水控制与利用工程规范》(DB11/685-2013)[36]中规定取值(表1-3),汇水面积上的综合径流系数则按照各种性质的地面覆盖情况,经面积加权平均求得。城市化进程的加快,改变了建筑小区硬质化覆盖率,也影响了径流系数的选取。径流系数的选用关系到雨水系统的设计安全,以及整个建设工程的总投资金额。因此,如何准确计算城市各功能小区的综合径流系数,已成为十分重要的现实问题。下垫面作为影响降雨入渗的重要因素,其主要作用在于重新分配降落到地面上的雨水,已达到削弱雨滴动能和增加雨水下渗的目的。针对不同下垫面对径流系数的影响,国内学者经大量研究发现[37,38],随着下垫面植被覆盖程度和降雨量的增大,地面产流时间明显推迟,降雨入渗量先急速增加、后增长缓慢。这从另一个侧面可以看出,大多数研究只针对不同下垫面对径流系数影响的差异,而在同一下垫面中进行细分的研究还很少,例如,城市绿地的区分依据有无地下建筑和覆土厚度,未对土壤质地和微地形进行细分,我国由于地理区域变化大使得土质差异较大,因此,如何从根本上对现场实际土壤和地形环境下的径流系数加以区分,已成为海绵城市建设中亟待解决的问题。
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第2章北京典型建筑小区绿地土壤物理性质的试验研究

 

2.1研究区域概况
北京城市绿地各类土壤的颗粒特点:细砂粒(0.25~0.05mm)占比最大,约为45%~65%,其次是粗砂粒(1~0.25mm)和粗粉粒(0.05~0.01mm),总含量在20%~30%之间,最后是中粉粒(0.01~0.005mm)、细粉粒(0.005~0.001mm)和粘粒(<0.001mm),总含量约为10%~30%。依据卡钦斯基土壤质地分类标准和粘粒(<0.001mm)含量,北京城市绿地土壤多属砂质土[88,89]。砂质土具有粘粒少砂粒多的特点,骨架较为松散,导水性较好,但保水性较差,抗旱能力较弱。另外,研究中也表明[90],绿地土壤中存在一定数量的垫土,一些建筑垃圾、瓦砾、生活废弃物等侵入体会使土质变得更粗,即使是同一类绿地、乃至同一质地土壤仍有很大差异,体现出土壤性质空间变异性强的特点。由于研究区域内绿地环境均不相同,影响渗透能力的相关因素间均存在差异,因此采用现场测定的方法来分析,以提高准确性。
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2.2研究方法
本研究首先实测和对比3种功能区绿地的土壤物理性质,结合现场调查的植被覆盖度和人为干扰情况这两种影响土壤渗透性的外在因素,利用SPSS18.0中的双变量相关性分析和因子研究不同功能区绿地渗透性能内外部影响因素联系。然后,将初始入渗速率作为因变量建立多元线性回归模型,并采取霍顿模型对初始入渗速率和稳定入渗速率的关系进行参数模拟,拟合得到三种功能性绿地土壤渗透模型及入渗曲线。最后,对比常用的土壤渗透模型,校核该模型的准确度(图2-1)。采用Horton、Kostiakov、Green-Ampt和Philip入渗公式对初始入渗速率和稳定入渗速率之间关系进行拟合,拟合结果显示Horton公式更符合试验土壤入渗过程。基于此,建立本研究范围内3种功能区绿地土壤渗透模型,并提供应用Horton公式的主要参数和SWMM模型参数选取的理论参考。

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第3章绿地土壤渗透性能对降雨产流的影响分析........................................28
3.1研究方法....................................................................................................................28
3.2数据资料....................................................................................................................31
3.3基于运动波模型的绿地土壤性质对径流系数的影响分析....................................34
第4章绿地微地形对降雨产流的影响试验分析............................................45
4.1材料与方法................................................................................................................46
4.2试验结果分析............................................................................................................51
结论...................................................................................................................69
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第4章绿地微地形对降雨产流的影响试验分析

 

4.1材料与方法
通过对北京市典型居住小区绿地和广场绿地地形特点的调查发现,2000年前的小区多采用平坦的地形设计,虽然在视野上较为开阔,但景观元素过于单一且呆板,毫无层次感和立体感,如图4-1所示;21世纪后的小区则多采用规则式和自然式微地形景观,规则式微地形景观是指应用直线条的设计元素营造层层叠叠的微地形,包括坡地、台阶、挡墙等,而自然式微地形景观则是通过流畅的曲线来模拟层峦起伏的天然地形地貌[128],再铺设土石、草坪、乔灌木等材料营造自然风景,比如包含各种洼地形式的曲面坡等,如图4-2所示。因此,综合来说当前北京地区建筑小区景观微地形上通用的手法大体是采用坡度与洼地相结合的方式。

 

4.2试验结果分析
由表4-4可知,相同降雨条件下,洼地越多,坡度越小,产流时间越大,反之亦然。10°纯坡地三年一遇的产流时间最短,为2分钟,重现期为0.33a时的平地大洼地的产流时间最长,为21分钟。试验结论与吴成浩[130]、郭凤[131]等人的研究基本一致。在相同地形的绿地上模拟降雨,按芝加哥雨型降雨时的产流时间大于按均匀雨型降雨时的产流时间,并且随着重现期越小,降雨量越小,差值越大,最高能达到7min。这是由于芝加哥雨型(r=0.4)降雨初期每分钟降雨量远小于均匀雨型每分钟的降雨量,绿地内部的土壤水分还未饱和,由土体孔隙组成的渗流空间满足全部雨水的下渗,此时为自由入渗。而越逼近芝加哥雨型峰值时,土体水分已完全饱和,蓄水量减小,径流量增大,此时为压力入渗。雨强越大,植被覆盖度越小,初始产流时间越提前[132],产流时间和植被覆盖度呈指数正相关关系[133]。

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结论
本文可为下垫面优化设计、海绵城市规划设计、模型建模和北京地区雨量径流系数的修正提供理论参考。本文主要研究成果如下:1)通过双环入渗仪、烘干法、环刀法和比重瓶法分别对本研究范围内的3种功能区(居住区、文教区和商业区)绿地土壤渗透系数、含水率、容重和密度进行试验测定,研究发现北京建成区绿地土壤容重平均值约为1.33g/cm3,土粒密度平均值约为2.66g/cm3,孔隙比平均值约为50%,初始含水率平均值约为11%,初始入渗速率平均值约为20.7mm/h,稳渗速率平均值约为3.4mm/h。相对于北京地区建筑小区常见的砂质土壤,试验样地土壤渗透性略小,径流系数略大。2)根据本研究实测数据,经相关性分析、因子分析和多元线性回归分析表明土壤初始入渗速率主要与初始含水率和植被覆盖度有关,并建立三者的初步关系式,稳定入渗速率主要与初始含水率和初始入渗速率有关。
参考文献(略)
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